用於零洩露的方向控制閥的控制裝置的製作方法

2023-04-25 20:24:46

本發明涉及液壓系統、分配器以及用於致動作業機械的雙向閥。特別地，本發明涉及一種用於零洩露的方向控制閥的控制裝置。

本發明為用於驅動小型挖掘機的液壓系統提供了有利的應用，以下描述將在不失通用性的情況下明確參考所述液壓系統。

背景技術：

例如從WO2011154810能夠已知的是，用於致動小型挖掘機的液壓系統包括分配器，所述分配器適於控制藉助於滑閥所操作的多個液壓致動器。例如，小型挖掘機通常包括用於執行提升操作的雙動式液壓缸和用於執行旋轉操作的雙動式液壓缸。可能的是，在操作步驟期間或者在作業機械處於待機狀態時，用於提升和/或旋轉的液壓缸由外部負載來加載。

為了明顯的安全原因，已知的是藉助於機械系統或液壓系統或藉助於在主閥和致動器之間的另外的閥芯的插入來利用控制閥芯的鎖定系統以在致動器隨後無意地致動的情況下防止油朝著滑閥自身回流。

然而，這些己知的機械型或者液壓型的解決方案不能防止漏油，這遲早可能引起滑閥不期望的致動以及隨後的致動器的位移。換句話說，己知類型的解決方案不是零洩漏的。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種包括用於在必要的地方處的單個致動器和雙向(零洩漏)閥的控制滑動件的液壓系統，從而允許消除以上所描述的缺點，同時很容易且很便宜地製造。

根據本發明，提供了如在所附的權利要求中所限定的液壓系統、分配器和雙向閥。

附圖說明

現在將參考示出了非限制性實施例的附圖來描述本發明，在附圖中:

-圖1是根據本發明的處於第一操作配置中的液壓系統的優選實施例的在為了清楚起見而去除了一些零件的情況下的示意圖；

-圖2和圖3是類似於圖1的在為了清楚起見而去除了一些零件的情況下的示意圖並且示出了根據本發明的分別處於第二操作配置和第三操作配置中的液壓系統；

-圖4是用於根據本發明的液壓系統的液壓分配器的透視圖；

-圖5以截面形式以及在為了清楚起見而去除了一些零件的情況下示出了圖4的細節；

-圖6和圖7是類似於圖5的在為了清楚起見而去除了一些零件的情況下的示意圖並且示出了在兩個分別不同的操作配置中的分配器；

-圖8和圖9示意性地以及在為了清楚起見而去除了一些零件的情況下示出了分配器的替代方案，以獲得在圖1和圖2中所示的系統的第一操作配置和相應的第二操作配置；

-圖10和圖11示意性地以及在為了清楚起見而去除了一些零件的情況下示出了根據本發明的處於兩個分別不同的操作配置中的分配器的替代方案。

具體實施方式

在圖1中，附圖標記1整體示出了用於操作己知類型的作業機械的多個液壓致動器3(未示出)的液壓系統。例如，作業機械是小型挖掘機並且包括提升致動器3a、旋轉致動器3b和輔助致動器3c。

在圖1至圖3中所示的液壓系統1至少部分地在分配器D中製成。如在圖1中所示的並且如將在以下更清楚地所示的，分配器D包括液壓系統1的在由兩條線和一個點形成虛線而形成的矩形中所包圍的並由字母D所標記的元件。

液壓系統1包括:

-高達350bar的高壓輸油管4，用於向提升致動器3a、旋轉致動器3b和輔助致動器3c供油；

-高達350bar的高壓輸油管5，用於進一步向輔助致動器3c供油；

-在20-30bar之間的低壓輸油管6，用於向控制迴路7供油，正如稍後將更好的解釋的；以及

-排油管線8。

分配器D具有:

-入口I1，所述入口I1能夠以己知的方式連接到高壓輸油管4；

-入口12，所述入口12能夠以己知的方式連接到高壓輸油管5；

-進口E，所述進口E能夠以己知的方式連接到低壓輸油管；

-出口U1，所述出口U1能夠以己知的方式連接到排油管線8；以及

-用於低壓油的出口U2。

液壓系統1此外包括：用於控制提升致動器3a的滑閥9a；用於控制旋轉致動器3b的滑閥9b；以及用於控制輔助致動器3c的滑閥10。

滑閥9a繼而包括閥芯12a和連接到閥芯12a並可由操作員直接地致動的控制器13a。閥芯12a安裝成在滑閥9a中軸向滑動。類似地，滑閥9b繼而包括閥芯12b和連接到閥芯12b並可由操作員直接地驅動的控制器13b。閥芯12b安裝成在滑閥9b中軸向滑動。滑閥10包括連接到控制迴路7的輸油管6的致動器14(在這種情況下但是不是限制性的是己知類型的電動液壓比例致動器)。

以下，術語「雙向閥」意味是正如將要解釋的液壓致動閥，並且其適於阻塞油在通過閥自身的通道的兩個方向的流動。換句話說，表述「雙向閥」意思是雙向密封閥或雙向截止閥。在圖1至圖3中，雙向閥圖示為雙圓錐密封閥。優選地，雙向閥是具有雙路和雙位置的雙向閥。

正如在圖1至圖3中所示的，該液壓系統1包括:具有連接到低壓輸油管6的入口16和連接到控制迴路7的出口17的己知類型的致動控制閥15、例如電動閥；雙向閥21a，其設置在滑閥9a和致動器3a之間；以及滑閥21b，其設置在滑閥9b和致動器3b之間。優選地，致動閥15是存在閥，其適於在操作員就坐在小型挖掘機中時被致動。

正如稍後將更好的解釋的，出口17可藉助於一個或多個雙向閥21(21a；21b)和相應的閥芯12(12a；12b)連接到排油管線8。

由於雙向閥21a和21b構造相同，以下說明為了簡潔只參考雙向閥21a，但是對於雙向閥21b而言也將必須是有效的。在圖中，對於雙向閥21b而言，保留相同的編號用於指示雙向閥21a的帶有下標b的元件。

雙向閥21a具有:

-可藉助於滑閥9a連接到高壓輸油管4的通道開口22a；

-連接到提升致動器3a的通道開口23a；

-可藉助於致動閥15連接到低壓輸油管6的入口開口24a；以及

-可藉助於閥芯12a連接到排油管線8的出口開口25a。

雙向閥21a是雙通閥且可選擇性採取:

-中斷高壓油在滑閥9a和致動器3a之間的流動的閉合位置C(在圖1和圖2中所示)；以及

-允許高壓油在滑閥9和致動器3a之間通過的打開位置O(在圖3中所示)。

正如在圖1至圖3中所示的，例如，提升致動器3a是雙動式液壓缸，並且通道開口23a連接到致動器3a的基部(通常該類型的連接優選地用於避免負載的意外降低)。旋轉致動器3b是雙動式液壓缸，並且通道開口23b連接到致動器3b的頭部(同樣該類型的連接優選地用於防止向下的振蕩)。

致動器3c是雙向液壓馬達。根據未示出的備選方案，致動器3a、3b和3c為不同類型，並且以己知方式在一組己知的液壓致動器中選定，並且(例如根據功能類型)彼此不相同。

正如在圖5中所示的，分配器D包括本體2，該液壓系統1的一部分形成在所述本體中。特別是，分配器D的本體2具有孔腔28，所述孔腔大體上是部分帶螺紋並且是盲孔的孔，雙向閥21a形成在所述孔腔中。孔腔28沿著軸線A從內向外依次順序地且縱向地具有：

-具有與低壓輸油管6連通的入口開口24a的低壓油前入口腔29；

-具有與致動器3a連通的通道開口23a的高壓油前通道腔30；

-與滑動件52的槽相連的高壓油後通道腔31，從而與閥芯12a連通；

-與閥芯12a連通的低壓油後出口腔32；以及

-通過軸向開口34的面向分配器的本體2的外部的螺紋部33。

孔腔28此外還具有橫向於軸線A且將入口前腔29與前通道腔30分開的肩部表面35。

本體2此外具有類似於適於容納雙向閥21b的孔腔28的另外的孔腔(未示出)。

正如在圖5中所示的，雙向閥21a包括分隔部件38，其具有圓柱形本體，所述圓柱形本體具有帶有圓形截面的同軸通過的縱向空腔39和多個徑向開口40。分隔部件38抵靠著肩部表面35插入在孔腔28中並且與孔腔28的軸線A同軸。特別是，分隔部件38沿著軸線A在肩部表面35和出口開口25a之間縱向地延伸。徑向開口40正面向通道開口23a。

雙向閥21a還包括:

-閘門41；

-螺絲帽42，所述螺絲帽的外部部分地設有螺紋並且適於擰入到孔腔28中以閉合和校準雙向閥21a；以及

-正如將更好的解釋的沿著軸線A設置在閘門41和螺絲帽42之間的圓柱形螺旋壓緊彈簧43。

正如在圖5中所示的，閘門41繼而包括頭部48，所述頭部的直徑大體上對應於分隔部件38的縱向空腔39的直徑。換句話說，頭部48通過高精度滑動配合聯接在縱向空腔39中，這允許頭部48在縱向空腔39中且沿著軸線A滑動。

閘門41還包括杯形本體50，其具有由面向螺絲帽42的底部51所縱向限定的孔腔49，並且所述杯形本體適於容置彈簧43，所述彈簧至少部分地插入在杯形本體50中並且具有與孔腔49的底部51接觸的自由端。彈簧43與軸線A同軸。

閘門41此外包括以大體上截頭圓錐形成形的抵接部件52，其從杯形本體50徑向向外突出，並且所述抵接部件的外徑大於頭部48的直徑。抵接部件52延伸到杯形本體50之外大約在底部51處。

如在圖5中所示，當雙向閥21a處於閉合位置C中時，抵接部件52適於將其自身部分地楔入到分隔部件38中並且以抵靠分隔部件38自身來停止。

閘門41包括更小直徑的缸體44，所述缸體縱向地設置在頭部48和杯形本體50之間。缸體44限定了環形槽45，所述環形槽在閘門41的本體外部並與其同軸。環形槽45沿著軸線A設置在頭部48和杯形本體50之間。

環形槽45的縱向延伸使得在閘門41處於打開位置O(圖6、7、10和11)中時將通道開口23a與出口開口25a連通布置，並且類似地使得當閘門處於閉合位置C(圖5、8和9)時中斷通道開口23a與通道開口22a之間的連通。環形槽由彼此相對的壁46和壁47來縱向地界定。

閘門41具有:

橫向表面53，其特別地垂直於軸線A並且面向前入口腔29；

-軸向孔54，其形成在頭部48中且面向供給的前入口腔29；

-變窄孔56；以及

-管道58。

軸向孔54、變窄孔56以及管道58具有圓形橫截面並且與軸線A同軸。管道58具有在軸向孔54和變窄孔56中間的橫向於軸線A的延伸部。管道58通過底部51面向孔腔49內部。

特別是，閘門41具有

-設置在軸向孔54和橫向表面53之間的倒角55；

-設置在軸向孔54和變窄孔56之間的倒角57；

-設置在變窄孔56和管道58之間的倒角59；以及

-特別地垂直於軸線A並且面向螺絲帽42的橫向表面65。

倒角55、軸向孔54、倒角57、變窄孔56、倒角59以及管道58的連接將前入口腔29和孔腔28布置成流體連通。

螺絲帽42具有孔腔60，所述孔腔具有圓形截面並與軸線A同軸。孔腔60面向閘門41並且適於至少部分地容置彈簧43。螺絲帽42具有底部壁，所述底部壁橫向於軸線A並且適於界定孔腔60，並且所述螺絲帽此外具有:圓形凹陷部62，所述圓形凹陷部與軸線A同軸並形成在底部壁61處；徑向外螺紋部63，其適於以己知的方式與孔腔28的螺紋部33聯接。螺絲帽42另外具有兩個或者更多個徑向孔64，其將孔腔60與外部連通布置。徑向孔64大體上橫向於軸線A並且布置在底部壁61的附近。徑向孔64將孔腔60與後出口腔32連通布置，所述徑向孔徑向地界定在螺絲帽42的本體中。

此外，在圖5示出了滑閥9a，所述滑閥是己知類型的四通和四位置閥並且被示意性地示出。滑閥9a如以上所述的由閥芯12a來控制，所述閥芯12a具有:平行於軸線A的軸線B的管狀本體；與排油管線8連通的中心空腔66；前徑向開口67；以及後徑向開口68。徑向開口67和68使中心空腔66布置成與外部連通。閥芯12a安裝成以己知方式沿著軸線B移動。

分配器D的本體2還具有交換腔69，所述交換腔與出口開口25a、前排出通道70以及閥控制通道71連通，所述閥控制通道與後出口腔32連通。

如在圖5中所示，閘門41的杯形本體50採用陽/陰型聯接至少部分地插入在螺絲帽的孔腔60中。杯形本體50通過高精度配合聯接在孔腔60中，從而允許杯形本體50在孔腔60中沿著軸線A滑動。

彈簧43安裝成與軸線A同軸，所述彈簧設置在杯形本體50和螺絲帽42之間，並且所述彈簧具有一端，所述一端在另一端插入在凹陷部62中時與底部51接觸。彈簧43的壓緊力FM根據螺絲帽42沿著孔腔28的螺紋部33的螺旋度以己知方式來校準。

雙向閥21a還包括:

-環形墊圈G1，所述環形墊圈G1安裝在頭部48周圍並設置在頭部48和分隔部件38之間；

-環形墊圈G2，所述環形墊圈G2安裝在杯形本體50周圍並設置在杯形本體50和螺絲帽42之間；

-兩個環形墊圈G3和G4，所述兩個環形墊圈G3和G4安裝在分隔部件38的周圍並設置在分隔部件38和分配器D的本體之間，徑向開口40沿著軸線A設置在墊圈G3和G4之間；

-兩個環形墊圈G5和G6，所述兩個環形墊圈G5和G6安裝在螺絲帽42周圍並設置在螺絲帽42和分配器D的本體2之間，徑向孔64沿著軸線A設置在墊圈G5和G6之間。

以上所述的墊圈G1至墊圈G6為己知類型的墊圈並且適於防止雙向閥21a中的油洩漏。

已經注意到，閘門41具有暴露到前入口腔29和軸向孔54中的油壓的推進區域A1和暴露到管道58、孔腔49以及孔腔60中的油壓的推進區域A2。

此外，閘門41具有都暴露到前通道腔30中的油壓的推進區域A3和推進區域A4。

推進區域A1包括:表面53、倒角55和倒角57。推進區域A2包括:倒角59、底部51和表面65。推進區域A3包括壁46，推進區域A4包括壁47。

推進區域A1等於推進區域A2。推進區域A3等於推進區域A4。推進區域A1和A2的相等以及推進區域A3和A4的相等允許平衡在閘門41上的沿著軸線A的推力，從而確保在閥芯12a處於待機位置中、即致動器3a必須保持在靜止位置中時將閘門41定位在閉合位置C(在圖5、圖8和圖9中所示)中。

特別有利之處在於，閘門41防止來自高壓輸油管4或者來自致動器3a自身的高壓油的任何種類的洩漏，從而確保致動器3a的恆定的定位。換句話說，具有閘門41的雙向閥21a防止致動器3a由於高壓油的洩漏或者所施加的外部負荷而無意致動。通過這種方式最大限度地確保操作者和在小型挖掘機周圍的工作區域的安全以及由於在一些工作條件下的洩漏引起的缸體的運動。

從圖8至圖11示出了分配器D的替代方案，所述分配器D包括實心杆112(無內部空腔)和環形偏轉部件113，所述環形偏轉部件113從實心杆112徑向地突出並且適於在滑閥9a的滑動件之間(以己知方式並且以示意性方式示出的)引導油的流動。

在使用時，用於致動小型挖掘機的液壓系統1藉助於高壓輸油管4來提供高達最大350bar的高壓油；同時，低壓輸油管6為控制迴路7提供大約20-30bar的低壓油。

應當注意到的是，因為推進區域A3和A4是等於且彼此相對的，並且環形槽45在所有操作配置中暴露到來自高壓輸油管4的高壓油，所以在閘門41上的沿著軸線A的推力的合力由於高壓油的作用在任何操作配置中都是零。

在圖1中示出了待機配置，其中:致動閥15處於閉合位置中，從而防止流到控制迴路7中；並且閥芯12a和12b處於中心位置中，因此均中斷了高壓油流並分別中斷了具有雙向閥21a和21b與排油管線8的連接。

當液壓系統1處於待機配置中時，雙向閥21布置成如在圖5和圖8中所示。換句話說，閘門41沿著軸線A單獨地承受由彈簧43所施加的壓緊力FM，所述壓緊力通過抵接部件52壓靠分隔部件38而將閘門41保持在閉合位置C中，使得中斷高壓油在通道開口23和通道開口22之間的流動。

在圖2a中示出了等待中的待機配置，其中:致動閥15被致動，低壓油進入控制迴路7，並且閥芯12處於中心位置。

在待機配置中，存在操作員並在操作員就坐在小型挖掘機上，但是仍未通過閥芯12來操作致動器3。當系統處於待機配置中時，雙向閥21布置在如圖9中所示的閉合位置中，並且在孔腔28中的低壓油作用如下區域上:具有推力F01的推進區域A1；和具有推力FO2的推進區域A2。

由於推進區域A1和A2是相等且彼此相對的，推力F01和F02沿著軸線A的合力R在閘門41上均是零。換句話說，在待機配置中，在雙向閥21中的低壓油的作用不能沿著軸線A推動閘門41。

因此，類似於在待機配置中所發生的情況，由於閘門41沿著軸線A所承受的力的合力R對應於壓緊力FM，所述壓緊力由彈簧43施加以通過抵接部件52壓緊靠著分隔部件38而將閘門41保持在閉合位置C中，從而中斷高壓油在通道開口23和通道開口22之間的流動。

在圖3中示出了工作配置，其中:致動閥15被致動，低壓油進入控制迴路7；並且閥芯12a處於工作位置中(同時閥芯12b在中心位置中)。

明顯地，以下情況也適用：當閥芯12均處於工作位置中時；或者在閥芯12b處於工作位置中的同時閥芯12a處於中心位置時。

當系統處於工作配置中時，雙向閥21布置成如圖6、圖7和圖10、圖11中所示。特別是，閥芯12(或者112)軸向地位移以將後出口腔32與排油管線8連通布置。通過這種方式，後出口腔32和孔腔49和孔腔60非常快、幾乎瞬時地被排空，同時變窄孔56降低了低壓油從前入口腔29到後出口腔32的流率，從而在前入口腔29和後出口腔32之間產生數量和油壓上的變化。由於後出口腔32永久地連接到排油管線8，所以藉助於變窄孔56得到前入口腔29填充有低壓油同時後出口腔32基本上排空並處於環境壓力下。在這種情況下，在前入口腔29中的低壓油施加在推進區域A1上的推力F01大於彈簧43和推力FO2(在推進區域A2上的油幾乎為零)的壓緊力FM。

因此，沿著軸線A作用在閘門41上的力的合力R引起閘門41自身在油流動的同一方向上滑動，因此朝著打開位置0壓緊彈簧43，其中，通道開口23與通道開口22連通。圖6和圖10示出了在高壓油從滑閥9到致動器3通過期間的雙向閥21。在致動器3是提升缸體3a的情況下，小型挖掘機執行提升操作。類似地，在圖7和圖11示出了在高壓油從致動器3到滑閥9通過期間的雙向閥21。在致動器3是提升缸體3a的情況下，小型挖掘機執行降低操作。

根據以上得出，每個雙向閥21都確保了高壓油在任何使用條件下的完全密封。特別是，雙向閥特別有效地確保了提升缸體3a的底部和旋轉缸體3b的頭部的密封。

此外，雙向閥21確保液壓系統1和分配器2的額外的安全性；其中，為了操作相應的致動器3，必需致動確保存在操作員的致動閥15和閥芯12從中心位置的位移，該位移確保了由操作員對致動器3所做的期望的致動作用。換句話說，提供了雙重控制作用從而致動油在滑閥9和相應的致動器3之間的流動。

與檢測存在操作員的致動閥15是唯一安全裝置的標準類型系統和分配器相比，這當然具有非常大的優點。

此外，用於每個致動器3的雙向閥21的存在允許在洩漏時彼此完全獨立地使用致動器3。其中，每個致動器3的密封均得到保證，直到相應的閥芯12獨立地從另一致動器致動。

最後，以上所描述的類型的每個雙向閥防止高壓油由於高壓迴路中壓力的上升、通常地由於連續致動(通常輔助致動器的致動)而洩漏。通過這種方式，確保了每個致動器3即使在液壓系統1存在連續致動時都可完全密封。